中國儲能網(wǎng)訊：在“碳達峰、碳中和”的背景下，浸沒式液冷技術是具有良好應用前景的鋰離子電池熱管理技術之一。在新一代熱管理系統(tǒng)中，鋰離子電池熱失控誘導火災依然是一個重大的安全隱患。本文全面梳理了當前浸沒式液冷技術的研究進展,分析了浸沒條件下鋰離子電池熱災害的多種模式，提出鋰離子電池新型熱災害的研究趨勢。首先，介紹了浸沒式液冷技術及其優(yōu)劣勢、液冷方法以及液冷介質，重點介紹了相變液冷技術以及部分常用液冷劑的物性參數(shù)；其次，梳理了近年來浸沒式液冷技術的進展與政策；再次，從浸沒條件下鋰離子電池老化、熱失控以及二次災害等方面對浸沒條件下新型鋰離子電池熱災害的模式進行了深入分析和討論，并指出現(xiàn)有研究存在的不足；最后,提出未來浸沒式液冷條件下，新型鋰離子電池安全防護技術研究的發(fā)展方向。文章有助于提升浸沒條件下鋰離子電池組熱安全性，增強熱災害發(fā)生后的應急能力。
關鍵詞：鋰離子電池；火災；液冷劑；浸沒式液冷技術；新型熱災害模式
項目基金：北京市科技新星計劃項目（Z211100002121102）；天津市多元投入重點項目（22JCZDJC00900）；工業(yè)與公共建筑火災防控技術應急管理部重點實驗室開放課題（2023KLIB02）
研究意義
隨著鋰離子電池浸沒式液冷熱管理系統(tǒng)的大量推廣以及應用，針對浸沒條件下的鋰離子電池熱特性進行研究具有重要意義，此類研究有助于進一步了解浸沒條件下鋰離子電池可能發(fā)生的熱災害以及災害特性，有助于提升災前防范能力與災后應急處理水平，為未來浸沒式液冷技術的發(fā)展指明方向。
研究重點：鋰離子電池浸沒條件下新型熱災害模式
1）鋰離子電池浸沒條件下老化
浸沒液冷下鋰離子電池將直接接觸液冷劑，可能會加快電池老化甚至腐蝕破裂。
圖1 浸沒液冷下鋰離子電池腐蝕破裂
2）鋰離子電池浸沒條件下熱失控
浸沒式液冷系統(tǒng)的應用不能避免電池熱失控災害的發(fā)生，只能從一定程度上減弱熱失控程度并減緩熱失控在電池組內的傳播。
圖2 浸沒液冷下鋰離子電池熱失控傳播
3）液冷劑二次災害
鋰離子電池組周圍的液冷劑吸收熱失控時產(chǎn)生的大量熱量可能會發(fā)生汽化、熱解等反應，增加浸沒液冷系統(tǒng)的潛在危險性。
圖3 液冷劑汽化、熱解
4）可燃氣體二次災害
鋰離子電池熱失控時，常伴隨有各種物質從電池中噴射出來，包括氣體、液體和固體。其中氣體噴射產(chǎn)物主要含有二氧化碳、一氧化碳、氫氣和短鏈烴，大部分為可燃物質。這些可燃氣體產(chǎn)物在液冷系統(tǒng)的受限空間內聚集到達爆炸極限時，遇高溫將會在密閉空間內發(fā)生嚴重的二次爆炸災害。
圖4 鋰離子電池熱失控產(chǎn)生可燃氣體大量聚集
研究基礎：浸沒式鋰離子電池冷卻技術
鋰離子電池浸沒式液冷技術的優(yōu)劣分析如表1所示。鋰離子電池浸沒液冷技術包含多種方式，如圖5所示。其中相變液冷技術如圖6所示。
圖5 浸沒液冷技術示意圖
圖 6 相變液冷系統(tǒng)工作示意圖
研究結論
1）鋰離子電池老化會對電池性能以及熱失控特性產(chǎn)生影響，為提升浸沒式鋰離子電池組的熱安全性，為浸沒式液冷系統(tǒng)短期和長期的技術可行性和效率提出指導性建議，亟須對浸沒條件下鋰離子電池的老化機理以及老化對浸沒條件下熱失控災害的影響開展深入研究。
2）為加強對浸沒條件下鋰離子電池熱災害傳播特性的了解，助力性能更好的浸沒式液冷劑的遴選以及更好地掌握浸沒條件下鋰離子電池組熱失控特性以及傳播規(guī)律，提升消防安全，定量研究浸沒條件下鋰離子電池熱失控的傳播特性具有一定必要性。
3）為提升浸沒冷卻系統(tǒng)整體安全性，深入研究浸沒條件下鋰離子電池熱失控時高溫對周圍液冷劑的影響、浸沒條件下鋰離子電池熱失控產(chǎn)生煙氣成分與特性、混合氣體在受限空間內爆燃爆炸特性是未來的研究趨勢之一。
4）針對浸沒條件下鋰離子電池發(fā)生熱災害時的應對措施以及相關處理技術進行研究具有重要意義，如浸沒條件下鋰離子電池熱失控后滅火劑的遴選、系統(tǒng)的泄壓設計以及混合可燃氣體的處置技術等。
